Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Обоснование темы дипломного проекта

1. Обоснование темы дипломного проекта

1.1 Результаты патентного поиска

Вибрационные катки (пример см. рис.1), как и статические, применяют при производстве ремонтных и строительных дорожных работ. Основным отличием вибрационных катков является наличие встроенного вибратора в одном из вальцов (ведущем или ведомым), чем достигается значительное повышение эффективности и качества уплотнения покрытий. При выключенном вибраторе такие катки могут работать, как обычные статические.

Рисунок 1.-Каток вибрационный

В результате проведенного патентного поиска и анализа существующих конструкций для работы с дипломным проектом были выбраны следующие наиболее прогрессивные и передовые патенты и изобретения: 1) 1765273 А1

Использование- уплотнение грунтов и дорожно-строительных материалов. Сущность изобретения: валец содержит расположенные в полости обечайки вальца вибровозбудители в виде установленных на беговых дорожках инерционных бегунков. Оси бегунков соединены посредством траверсы с прямолинейным центральным участком, расположенным эксцентрично относительно осей бегунков и параллельным образующей обечайки вальца. Инерционная масса закреплена на прямолинейном участке траверсы.

Изобретение относится к устройствам для уплотнения грунтов и дорожно-строительных материалов. Прототипом изобретения является валец вибрационного катка, содержащий установленную на оси с возможностью вращения обечайку вальца и расположенные в ее полости вибровозбудители в виде установленных на беговых дорожках инерционных бегунков, каждый из которых связан с приводом посредством водила, и инерционную массу, установленную эксцентрично относительно оси вальца. Беговые дорожки выполнены эллиптической или овальной формы, что обеспечивает асимметричный закон действия вынуждающей силы вибровозбудителей.

Основным недостатком прототипа является проскальзывание инерционных бегунков по поверхности беговой дорожки под действием на каждый бегунок спонтанного момента кориолисовых сил в пределах определенных участков траектории движения. Проскальзывание приводит к резкому, примерно на порядок, увеличению энергоемкости привода водила и интенсивному нагреву инерционных бегунков, причем данный эффект характерен как для конструкции с эллиптической беговой дорожкой и центральным расположением водила, так и для конструкции с круговой беговой дорожкой и асимметричным расположением водила (с эксцентриситетом относительно центра кривизны беговой дорожки). Кроме того, действие вынуждающей силы вибровозбудителя посередине ширины вальца снижает эффективность уплотнения материалов при движении вальца по неровной поверхности; наилучшим с этой точки зрения является равномерное распределение вынуждающей силы по ширине вальца при условии синхронизации действия этой вынуждающей силы.

Целью изобретения является повышение эффективности уплотнения путем синхронизации вынуждающей силы по ширине вальца.

Указанная цель достигается тем, что оси бегунков соединены посредством траверсы с прямолинейным центральным участком, расположенным эксцентрично относительно осей бегунков и параллельным образующей обечайки вальца, причем инерционная масса закреплена на прямолинейном участке траверсы. Бегунки и беговые дорожки выполнены с коническими поверхностями, расположенными зеркально-симметрично друг к другу. Сущность изобретения поясняется чертежами. На рис. 2 схематично показан валец вибрационного катка в продольном разрезе; на рис. 3 - радиальный разрез вибровозбудителя по линии А-А на рис. 2.

Рисунок 2.-Валец катка

Рисунок 3.-Разрез вибровозбудителя

Валец вибрационного катка содержит обечайку 1, установленную с возможностью вращения на оси 2 в поворотной раме 3 вибрационного катка. На оси 2 жестко смонтированы беговые дорожки 4 асимметричных планетарных вибровозбудителей с расположенными зеркально-симметрично друг к другу коническими поверхностями, средний радиус кривизны которых Р, на которых установлены инерционные бегунки 5, также выполненные с коническими поверхностями. На оси 2 смонтирован приводной двигатель 6, например, гидромотор, соединенный с взлом 7, к которому прикреплены радиальные водила 8 с вилками 9. В вилках 9 установлены оси 10 инерционных бегунков 5, которые соединены между собой посредством изогнутой в радиальном направлении траверсы 11 с прямолинейным центральным участком, расположенным эксцентрично относительно осей бегунков и параллельно образующей обечайки 1 вальца. На прямолинейном участке траверсы 11 закреплена инерционная масса 12, расположенная эксцентрично относительно оси 2 вальца и с эксцентриситетом h относительно осей 10 инерционных бегунков. Беговые дорожки 4 установлены с эксцентриситетом е осей кривизны их поверхностей относительно вала 7 и разнесены относительно друг друга на расстояние t.

Работа вальца вибрационного катка осуществляется следующим образом. При поступательном движении вальца приводной двигатель 6 обеспечивает вращение вала 7 л водил 8 с вилками 9, которые перемещают инерционные бегунки 5 по беговым дорожкам 4. Вместе с осями 10 инерционных бегунков 5 перемещается траверса 11 с инерционной массой 12, Под действием центробежных и кориолисовых сил Р, возникающих вследствие эксцентриситета е беговых дорожек, траверса 11 устанавливается вдоль равнодействующей этих сил в радиальной плоскости вращения и синхронно передает указанные силы Р, действующие на инерционную массу 12,через бегунки 5 и беговые дорожки 4 на ось 2 вальца, обеспечивая тем самым дополнительное динамическое нагружение вынуждающей силой вибровозбудителей поверхности уплотняемого материала и повышая эффективность его уплотнения. Разнесение асимметричных планетарных вибровозбудителей на расстояние г по ширине вальца создает равномерную эпюру динамических давлений вальца на уплотняемый материал, повышая эффективность и качество его уплотнения. Осевые реакции и моменты, действующие на инерционные бегунки 5 со стороны траверсы 11, взаимно компенсируются, а конические поверхности качения центрируют инерционные бегунки Б и повышают устойчивость их движения. Интегральная вынуждающая сила Р направлена сверху вниз, в сторону эксцентричного смещения вала 7 относительно центра кривизны беговых дорожек 4 на расстояние е. Дополнительное прижатие инерционных бегунков силами Р к поверхности беговых дорожек 4 в процессе их качения существенно уменьшает вероятность спонтанного проскальзывания бегунков (пробуксовывания и юза) при действии на них собственных моментов кориолисовых сил, Несмотря на то, что увеличение силы прижатия инерционных бегунков 5 к беговым дорожкам 4 несколько повышает сопротивление их качению, уменьшение или исключение зон проскальзывания бегунков 5, в пределах которых трение качения заменяется трением скольжения, существенно снижается момент сопротивления вращению вала 7.

Преимуществом изобретения является синхронизация действия вынуждающей силы асимметричных планетарных вибровозбудителей, смонтированных внутри вибровальца, по всей ширине вальца с одновременным исключением проскальзывания инерционных бегунков по поверхности беговых дорожек за счет их дополнительного прижатия.

Формула изобретения:1. Валец вибрационного катка, содержащий установленную на оси с возможностью вращения обечайку вальца и расположенные в ее полости вибровозбудители в виде установленных на беговых дорожках инерционных бегунков, каждый из которых связан с приводом посредством водила, и инерционную массу, установленную

эксцентрично относительно оси вальца, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности уплотнения путем синхронизации вынуждающей силы по ширине вальца, оси бегунков соединены посредством траверсы с прямолинейным центральным участком, расположенным эксцентрично относительно осей бегунков, и параллельным образующей обечайки вальца, причем инерционная масса закреплена на прямолинейном участке траверсы.

2. Валец по п. 1,отличающийся тем, что бегунки и беговые дорожки выполнены с коническими поверхностями, зеркально-симметрично расположенными друг к другу;

2)1502677 Самоходный виброкаток. Изобретение относится к устройствам для уплотнения строительных материалов и позволит упростить конструкцию и повысить надежность. Самоходный виброкаток содержит механизм перемещения 26, вибровозбудитель в виде дебалансов 15, 16 и 17, вибровалец 3, направляющий валец 4 и двигатель 5. Двигатель 5 приводит гидронасос 6. Магистрали 7 и 8 гидронасоса 6 сообщены с распределителем 9.Магистрали 10 и 11 распределителя 9 сообщены с гидромотором 12. Распределитель 9 имеет слив 33. На дебалансе 17 закреплен палец 19. На дебалансе 16 выполнены упоры 20 и 21.

Изобретение относится к строительству, а именно к машинам для уплотнения строительных материалов при сооружении и ремонте автомобильных дорог.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности На рис. 4 изображен самоходный виброкаток, общий вид; на рис. 5 -сечение А-А на рис. 4, повернуто на 90^о, расположение дебалансов в фазе; на рис. 6 - то же, расположение дебалансе в противофазе.

Рисунок 4.-Самоходный виброкаток

Самоходный виброкаток содержит раму 1, на которой смонтирован Посредством амортизаторов 2 ведущий вибровалец 3, направляющий валец 4 и двигатель 5. Двигатель 5 приводит гидронасос 6, магистрали 7 и 8 которого сообщены с двумя линиями распределителя 9, а две другие линии распределителя 9 сообщены магистралями 10 и 11 с гидромотором 12. Последний вращает дебалансный вал 13, установленный в подшипниках 14

качения.

На дебалансном валу 13 смонтирован вибровозбудитель в виде дебалансов 15 - 17. Дебалансы 15 и 17 жестко закреплены на дебалансном валу 13, а поворотный дебаланс 16 опирается на дебалансный вал 13 через подшипники 18 качения. Связь дебалансов 16 и 17 осуществляется посредством закрепленного на дебалансе 17 пальца 19 и упоров 20 и 21, закрепленных на поворотном дебалансе 16. При этом палец 19 контактирует с упором 20 или с упором 21, которые расположены на дебалансе 16 диаметрально противоположно. Сумма статических моментов дебалансов 15 и 17, определяемая через произведение массы каждого дебаланса 15 и 17 на его эксцентриситет, равна статическому моменту поворотного дебаланса 16.

Рисунок 5 – расположение дебалансов.

Рисунок 6.- Расположение дебалансов

Двигатель 5 приводит также реверсируемый гидронасос 22 переменной производительности, магистрали 23 и 24 которого подсоединены к гидромотору 25 механизма 26 перемещения виброкатка.

Магистрали 7 и 8 сообщаются с магистралями 10 и 11 через распределитель 9, золотник 27 которого имеет два поршня 28 и 29, прикрепленные к силовому элементу - штоку 30. Поршень 28 золотника 27 выполнен двухкамерным с перегородкой 31. Распределитель 9 имеет пружину 32 и спинную магистраль 33. Гидронасос 6 имеет усилитель 34. Гидронасос 22 снабжен механизмом управления, включающим усилитель 35, связанный шарнирной тягой 36 с рычагом 37 управления, который снабжен куличком 38, контактирующим со штоком 30 распределителя 9. Кулачок 36 выполнен с пазами, которые расположены на одинаковом радиусе от оси поворота кулачка 38.

Самоходный виброкаток работает следующим образом.

При движении виброкатка рычаг 37 отклонен от нейтрального (среднего) положения. В этом положении рычаг 37 гидронасос 22 подает рабочую жидкость, например, в магистраль 23 гидромотора 25 механизма 26 перемещения виброкатка. При этом шток 30 распределителя 9 под действием пружины 32 находится в постоянном контакте с кулачком 38 и фиксируется в одном из его пазов. В результате сообщаются магистрали 7 и 10, 8 и 11, и поршень 29 перекрывает сливную магистраль 33. Рабочая жидкость подается на гидромотор 12, который вращает дебалансный вал 13. Палец 19 дебаланса 17 контактирует с упором 20 поворотного дебаланса 16. Дебаланс 16 находится в фазе с дебалансами 15 и 17, их статические моменты и вынуждающие силы складываются. Вибровалец 3 вибрирует, уплотняя материал.

Для реверсированного движения катка рычаг 37 управления имеете с кулачком 38 переводится из одного крайнего положения в другое, проходя через нейтральное положение. При этом шток 30 проходит через паз кулачка 38 и отжимает пружину 32 распределителя 9. В момент прохождения паза кулачка 38 шток 30 золотника 27 перемещается вправо, разобщая между собой магистрали 7 и 10, 8 и II. Нижняя камера поршня 28 соединяет магистрали 7 и 8 гидронасоса 6 со сливной магистралью 33, верхняя камера поршня 28 соединяет между собой магистрали 10 и 11 гидромотора 12. Гидромотор 12, продолжая работать по инерции, перегоняет через себя рабочую жидкость, которая тормозит его, в результате чего он начинает работать в тормозном режиме, а дебалансный вал 13 замедляет свое вращение, В то же время скорость вращения дебаланса 16 остается практически прежней за счет вращения на подшипниках 18 качения, в результате чего жестко посаженные на дебалансный вал 13 дебалансы 15 и 17 и поворотный дебаланс 16 разворачивается относительно друг друга.

При этом палец 19 дебаланса 17 выходит из контакта с упором 20 дебаланса 16 и мгновенно поворачиваясь на угол 180°, входит в контакт с упором 21 дебаланса 16. Дебалансы 15 и 17 устанавливаются в противофазе с дебалансом 16, т.е. статический момент и вынуждающая сила равны 0. Вибровалец 3 прекращает вибрировать. Это обеспечивает проведение реверса катка без образования вмятин на уплотняемом материале и без остановки дебалансного вала 13. Поскольку пазы кулачка 38 выполнены на одинаковом радиусе, шток 30 распределителя после прохождения одного паза при последующем размещении в следующем пазу устанавливается в первоначальное положение. Распределитель 9 вновь соединяет магистрали 7 и 10, 8 и 11, гидромотор, 12 получает питание рабочей жидкости от гидронасоса 6, а де-балансный вал 13 увеличивает скорость вращения, достигая ее первоначального значения. Палец 19 дебаланса 17 мгновенно выходит из контакта с упором 12 дебаланса 16 и входит в контакт с упором 20 дебаланса 16, Дебалансы 15, 16 и 17 устанавливаются в исходное положение.

Одновременно, когда рычаг 37 управления попадает в крайнее положение с помощью тяги 36, усилителя 35, насоса 22 переменной производительности, гидромотора 25 и механизма 26 перемещения происходит реверсирование катка.

Последующее реверсирование катка производится в аналогичном порядке.

Перед остановкой катка для предотвращения образования вмятин на уплотняемой поверхности необходимо рычаг 37 управления поворачивать в нейтральное положение, при котором шток 30 находится в пазу кулачка 38, и удерживать в нем до полной остановки дебалансного вала 13 и выключения гидромотора 25 механизма 26 перемещения.

Формула изобретения:1. Самоходный виброкаток, содержащий устройство для перемещения и реверсирования виброкатка с механизмом управления гидронасосом перемещения и реверсирования виброкатка, и вибровозбудитель, на валу которого установлен с возможностью ограниченного поворота дебаланс, устройство для регулирования статического момента вибровозбудителя, связанный с механизмом управления гидронасосом для перемещения и реверсирования виброкатка двухпозиционный распределитель, одна из линий которого соединена со сливом, гидронасос и гидромотор вибровозбудителя с магистралями, отличающийся тем, что с целью упрощении конструкции и повышения надежности, вибровозбудитель снабжен жестко закрепленным на нем неподвижным дебалансом, смонтированными на одном из дебалансов упорами и закрепленным на другом дебалансе пальцем для поочерёдного взаимодействия с упорами, причем распределитель выполнен пятилинейным, две линии которого сообщены с магистралями гидронасоса, одна со сливом, а две - с магистралями гидромотора вибровозбудителя, при этом распределитель в одной из его позиций установлен с возможностью сообщения магистралей гидромотора с соответствующими магистралями гидронасоса, а в другой позиции - с возможностью сообщения магистралей гидромотора между собой, а магистралей гидронасоса - между собой и со сливом, при этом поворотный дебаланс установлен на дебалансном валу коаксиально. 2. Виброкаток по п. 1. отличающийся тем, что палец закреплен на неподвижном дебалансе, а упоры на поворотном дебалансе. 3. Виброкаток по п. 1. отличающийся тем, что палец закреплен на поворотном дебалансе, а упоры на неподвижном дебалансе. 4. Виброкаток по п. 1. отличающийся тем, что упоры закреплены диаметрально противоположно друг другу.

1.2 Описание проектируемой конструкции и внесенных в нее изменений

В данном дипломном проекте разрабатывается ведущий вибровалец , отличающийся тем , что привод вибровальца осуществляется через конический редуктор .

Рама 4 вибровальца (рисунок 7 ) сварной конструкции. Она имеет место присоединения к шарниру сочленения . В раме вальца через амортизаторы сдвига 6 и 16 крепятся стаканы 2 и 20 с установленными в них шарикоподшипниками 3 и 25 , в которых вращается сварной валец 11.

Рисунок 7 Вибровалец.

В ступицах 1 и 26 вальца на роликоподшипниках 12 и 15 установлен вибровал 29 с набором дебалансов. Два дебаланса 28 закреплены жестко на валу 29, привод на вал 29 осуществляется от гидромотора 7 через зубчатые муфты 5, 8, 9. Вокруг каждого из закрепленных на валу 29 дебалансов 28 может поворачиваться дебаланс 27. Дебалансы 27 состоят из двух дисков , соединенных между собой сегментной пластиной.

Наружные дебалансы 27 установлены свободно на цилиндрических шейках вибровала и поворачиваются при изменении направления вращения вибровала на угол 135 между упорами на дебалансах 28, изменяя суммарный статический момент дебалансов от минимума до максимума.

Возникшие при работе вибратора колебания вибровальца гасятся амортизаторами сдвига 6, 16 и передаются на раму значительно уменьшенными. Привод вибровальца осуществляется через конический редуктор.

Вследствие использования привода вибровальца через конический редуктор увеличивается производительность катка и уменьшается число проходов по одному месту за счет уменьшения призмы волочения уплотняемого материала перед вибровальцем. Эффективность применения данной разработки рассмотрим на примере.

Предположим, необходимо уплотнить песчаный грунт оптимальной влажности (рисунок 8) при глубине отсыпки 0.7 м до достижения Ку=0.95 (Ку-коэффициент уплотнения). Из точки А- глубина уплотнения Н=0.7 м –проводим горизонталь до пересечения с кривой , соответствующей песчаному грунту , точка В. Из этой точки проводится вниз вертикальная линия до пересечения с осью , соответствующей выбранной скорости движения машины (V=3 км/ч). Из полученной точки С , двигаясь вправо от оси до пересечения с ближайшей наклонной линией , получаем точку Д , которая даст необходимое число проходов -6 . Далее , поднимаясь вверх до пересечения с пунктирной линией , соответствующей глубине уплотнения Н=0.7 м, получаем точку Е. Горизонтальная линия из точки Е правой шкалы позволяет определить получаемую при этом режиме производительность (П=720 м/ч). Таким образом , для выполнения заданных требований каток ДУ-58 при скорости V=3 км/ч должен сделать 6 проходов , техническая производительность при этом (без учета перекрытия следа и потерь времени на развороты и остановки) составит 700 м/ч.

При использовании привода вибровальца через конический редуктор кривая соответствующая песчаному грунту будет иметь вид (см. штриховая линия) Таким образом при одинаковых начальных условиях (см. выше) необходимое число проходов снизится до 5 , а производительность увеличится и составит П = 760 м/ч .

Рисунок 8 График уплотнения грунта и асфальтобетона.

1.3 Назначение и рациональная область применения

Каток самоходный вибрационный ДУ-58 предназначен для уплотнения отсыпанных и предварительно спланированных слоев грунта и материалов дорожных оснований.

Вибрационные катки (пример см. рис.1), как и статические, применяют при производстве ремонтных дорожных работ, а также при строительстве автомобильных дорог. Вибрационные катки с гладкими вальцами в последние годы находят все более широкое применение при уплотнении гравийных, щебеночных и асфальтобетонных смесей. Вибрационные самоходные катки по сравнению со статическими имеют меньшую металлоемкость, более маневренны и транспортабельны, при правильной организации работ обеспечивают требуемую плотность и ровность поверхности уплотняемых материалов. Самоходные вибрационные катки для уплотнения дорожных покрытий изготавливают преимущественно двухвальцовыми двухосными. В вибрационных двухвальцовых катках вибрационным может быть любой из вальцов или даже оба вальца. При ведущем вибрационном вальце резко снижаются условные коэффициенты трения и сцепления его с поверхностью движения, что снижает силу тяги по сцеплению и затрудняет передвижение на уклонах.

Если вибровальцом является ведомый валец катка, то затрудняется управляемость катком. Другим существенным недостатком вибрационных катков является трудность создания надежной и долговечной защиты оператора от вредного воздействия вибрации. В значительной мере указанные недостатки устранены в вибрационных катках с двумя вибровальцами, которые работают в противоположных фазах и являются и ведущими и управляемыми. При проектировании виброкатков желательно обеспечивать изменение возмущающей силы для использования их в наиболее выгодных режимах работы при уплотнения различных материалов.

2 Расчет основных параметров

2.1 Выбор основных параметров катка

Основными параметрами катка являются: G-вес катка, q- линейное давление, Д-диаметр вальца, В-ширина вальца.

Для расчетов принимаем ширину вальца - В=2м.

Определяем силу тяжести, приходящуюся на один валец:

; (2.1.1)

G₁ = 0,4·156960 = 62784 Н;

Определяем линейное давление по формуле:

; (2.1.2)

Диаметр вальца определяем из неравенства:

м; (2.1.3)

Для дальнейших расчетов принимаем диаметр вальца D = 1,6 м.

2.2 Тяговый расчет

Определяем общее сопротивление передвижению катка:

; (2.2.1)

где W1 –сопротивление передвижению катка как тележки;

W2 – сопротивление от преодоления сил инерции при трогании катка;

W3 – сопротивление движению катка на поворотах, возникающее вследствие затрудненности вращению вальцов катка при их повороте.

Определяем сопротивление передвижению катка как тележки:

(2.2.2)

где f = 0,14 коэффициент сопротивления перемещению катка;

i = 0,06 уклон;

Определяем сопротивление от преодоления сил инерции при трогании катка с места:

(2.2.3)

где V = 2 км/ч = 0,56 м/c – рабочая скорость движения катка;

t = 4c-время разгона;

Н;

Определяем сопротивление движению катка на поворотах:

μ·G₁; (2.2.4)

где μ = 0,3- коэффициент сопротивления повороту;

Н;

Таким образом, общее сопротивление передвижению катка будет:

Определим силу тяги катка по сцеплению:

(2.2.5)

где φ_сц=0,35 – максимальный коэффициент сцепления;

Н;

Для нормальной работы катка необходимо, чтобы выполнялось условие:

(2.2.6)

Проверяем выполнение условия для нормальной работы катка:

Таким образом, силы тяги хватает для нормальной работы катка.

2.3 Баланс мощности

Мощность необходимая для работы катка определяется по формуле:

(2.3.1)

где N₁- мощность необходимая на привод хода;

N₂- мощность необходимая для привода вибратора;

Мощность необходимая на привод хода определяется по формуле:

(2.3.2)

где η_общ – общий КПД привода;

Общий КПД привода определяется по формуле:

η_общ= η_ред· η_ром· η_г.пр; (2.3.3)

где η_ред= 0,9 – КПД редуктора привода хода;

η_ром = 0,95- КПД редуктора отбора мощности;

η_г.пр= 0,8 – КПД гидропривода;

η_общ= 0,9 · 0,95·0,8 = 0,68;

Таким образом, мощность на привод хода будет:

кВт;

Мощность, необходимая для привода вибратора:

(2.3.4)

где: N_пк – мощность необходимая на поддержание колебаний;

N_пт – мощность необходимая на преодоление сил трения в цапфах;

N_р – мощность необходимая для разгона дебалансов;

Мощность на поддержание колебаний определяется по формуле:

(2.3.5)

где a = 1мм – амплитуда колебаний;

ω – угловая скорость вращения;

c = 120 – коэффициент вязкости уплотняемого материала;

Угловую скорость определяем по формуле:

(2.3.6)

где n = 2000 мин ^-1- частота вращения дебалансного вала;

Обоснование темы дипломного проекта 📙 Курсовая → 🆔 145466